Pentaborana(9)

Pentaborana(9) adalah senyawa anorganik dengan rumus B
5H
9. Senyawa ini merupakan salah satu gugusan boron hidrida yang paling umum, meskipun merupakan senyawa yang sangat reaktif. Karena reaktivitasnya yang tinggi dengan oksigen, senyawa ini pernah dievaluasi sebagai bahan bakar roket atau jet. Seperti banyak boron hidrida yang lebih kecil, pentaborana tidak berwarna, diamagnetik, dan mudah menguap. Senyawa ini terkait dengan pentaborana(11) (B
5H
11).

Strukturnya terdiri dari lima atom boron yang tersusun dalam piramida persegi. Setiap boron memiliki ligan hidrida terminal dan empat hidrida membentang di tepi dasar piramida. Ia diklasifikasikan sebagai sangkar nido.

Pertama kali disiapkan oleh Alfred Stock melalui pirolisis diborana pada suhu sekitar 200 °C. Sintesis yang lebih baik dimulai dari garam oktahidrotriborat (B
3H−
8), yang diubah menjadi bromida B
3H
7Br−
menggunakan HBr. Pirolisis bromida ini menghasilkan pentaborana.

5 B
3H
7Br−
→ 3 B
5H
9 + 5 Br−
+ 4 H
2

Di Amerika Serikat, pentaborana diproduksi dalam skala komersial oleh Callery Chemical Company.

Di atas 150 °C, ia terurai, menghasilkan hidrogen. Tidak seperti diborana, ia cukup stabil pada suhu ruangan jika disimpan dengan benar. Ia jauh lebih stabil di hadapan air daripada diborana.

Pentaborana merupakan senyawa yang sangat polar, dengan momen dipol sebesar 2,13 D. Senyawa ini larut dalam hidrokarbon seperti benzena, dan sikloheksana, serta dalam minyak pelumas termasuk yang digunakan pada peralatan laboratorium.

Kimia pentaborana sangat luas. Halogenasi menghasilkan turunan simetris B
5H
8X, yang dapat diisomerisasi untuk menempatkan halida pada dasar piramida persegi. Dengan basa kuat seperti reagen alkil litium, ia dapat dideprotonasi dan garam litium yang dihasilkan bereaksi dengan berbagai elektrofil untuk menghasilkan turunan tersubstitusi. Ia bersifat asam Lewis, membentuk aduk ganda dengan dua ekuivalen trimetilfosfina. Pentaborana digunakan untuk sintesis gugus boron hidrida lainnya. Ia juga merupakan prekursor metallaborana. Misalnya, ia bereaksi dengan diiron nonakarbonil untuk menghasilkan B
4H
8Fe(CO)
3.

Pentaborana dievaluasi oleh Angkatan Bersenjata Amerika Serikat dan Rusia sebagai apa yang disebut "bahan bakar eksotis". Karena senyawa boron sederhana terbakar dengan nyala api hijau yang khas, julukan untuk bahan bakar ini di industri AS adalah "Naga Hijau". Dalam hal panas pembakaran, pentaborana melampaui senyawa karbon yang setara dengannya karena unsur yang mengikat sendiri, karbon, memiliki berat setidaknya satu satuan massa atom lebih berat daripada atom boron, dan beberapa borana mengandung lebih banyak hidrogen daripada karbon yang setara dengannya. Kemudahan memutus ikatan kimia senyawa tersebut juga dipertimbangkan.^[1] In the Soviet Union, Valentin Glushko used it for the experimental RD-270M rocket engine, under development between 1962 and 1970.^[2][3][4]

Minat terhadap zat ini dimulai sebagai bahan bakar yang mungkin untuk jet berkecepatan tinggi. Campuran propelan yang akan menghasilkan impuls spesifik terbesar untuk motor roket terkadang diberikan sebagai oksigen difluorida dan pentaborana. Selama tahun-tahun awal perlombaan antariksa dan kesenjangan rudal, insinyur roket Amerika berpikir mereka dapat memproduksi roket yang akan bersaing dengan Soviet dengan lebih murah dengan menggunakan tahap pertama yang ada dan menempatkan tahap atas dengan mesin yang menghasilkan daya dorong pada impuls spesifik yang sangat tinggi di atasnya, sehingga proyek-proyek dimulai untuk menyelidiki bahan bakar ini.

Pentaborana ini dipertimbangkan untuk digunakan sebagai bahan bakar oleh North American Aviation ketika XB-70 Valkyrie masih dalam tahap perencanaan, tetapi pesawat tersebut akhirnya menggunakan bahan bakar hidrokarbon sebagai gantinya. Pentaborana juga diteliti untuk digunakan sebagai bipropelan dengan nitrogen tetroksida. Di Uni Soviet, Valentin Glushko menggunakannya untuk mesin roket eksperimental RD-270M , yang sedang dikembangkan antara tahun 1962 dan 1970.

Borana lain dievaluasi sebagai bahan bakar, termasuk propilpentaborana (BEF-2) dan etil dekaborana (REF-3). Diborana dan dekaborana serta turunannya juga diselidiki.

Masalah dengan bahan bakar ini meliputi toksisitasnya dan karakteristiknya yang mudah terbakar saat bersentuhan dengan udara. Selain itu, gas buangnya (jika digunakan dalam mesin jet) juga beracun.

AS menghancurkan persediaan terakhir "Naga Hijau" pada tahun 2000, lama setelah pentaborana dibuang karena tidak dapat digunakan lagi. Prosedur penghancuran menghidrolisis pentaborana dengan uap untuk menghasilkan hidrogen dan larutan asam borat. Penundaan yang lama terjadi sebagian karena tidak ada pabrik industri yang mengonsumsi pentaborana sebagai bahan baku. Sebagai gantinya, para insinyur militer membangun sistem khusus, yang dijuluki "Pembunuh Naga".

Sebagai salah satu senyawa yang memiliki peringkat NFPA 704 (berlian api) 4 untuk setiap kategori, secara alami sangat berbahaya.

Di atas 30 °C, zat ini dapat membentuk konsentrasi uap yang mudah meledak dengan udara. Uapnya lebih berat daripada udara. Zat ini bersifat piroforik — dapat terbakar secara spontan jika bersentuhan dengan udara, meskipun sedikit tidak murni. Zat ini juga dapat dengan mudah membentuk senyawa peledak yang peka terhadap guncangan, dan bereaksi keras dengan beberapa pemadam api, terutama dengan halokarbon dan air. Zat ini sangat beracun dan gejala paparan tingkat rendah dapat terjadi dengan penundaan hingga 48 jam. Toksisitas akutnya sebanding dengan beberapa agen saraf.

Batas paparan kerja untuk pentaborana yang ditetapkan oleh Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja dan Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja adalah 0,005 ppm (0,01 mg/m 3) selama rata-rata waktu tertimbang delapan jam, dengan batas paparan jangka pendek 0,015 ppm (0,03 mg/m 3). Toksisitas akut pentaborana telah menyebabkannya dianggap sangat berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan, dengan batas yang ditetapkan pada 1 ppm.